1、纖維發展現狀與結構性能表征方法纖維發展現狀與結構性能表征方法主要內容主要內容一、纖維發展歷程一、纖維發展歷程二、纖維發展現狀二、纖維發展現狀三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試纖維發展現狀與結構性能表征方法纖維發展現狀與結構性能表征方法1.1.纖維發展歷程纖維發展歷程1.1 起源：御寒保暖、豐衣足食起源：御寒保暖、豐衣足食 “ “衣、食、住、行衣、食、住、行”之說，纖維制品居首位，之說，纖維制品居首位，御寒保暖到藝術人生，說明纖維、服裝在人類御寒保暖到藝術人生，說明纖維、服裝在人類生活中的重要性和作用。生活中的重要性和作用。 四萬年前

2、，人類開始利用樹葉和獸皮御寒，是四萬年前，人類開始利用樹葉和獸皮御寒，是人類使用最早的材料。人類使用最早的材料。 一萬年前人類已知道用麻、獸毛等天然纖維，一萬年前人類已知道用麻、獸毛等天然纖維，開始分類使用材料。開始分類使用材料。70007000年前中美洲開始使用原棉，人來開始培育、年前中美洲開始使用原棉，人來開始培育、種植、學會耕耘。種植、學會耕耘。47004700年前中國種桑養、蠶絲、絲織。年前中國種桑養、蠶絲、絲織。27002700年前絲織制羅、綾、紈、紗、綺、年前絲織制羅、綾、紈、紗、綺、16641664年羅伯特年羅伯特胡克（胡克（Robert HookeRobert Hooke）提出

3、發明）提出發明如如 蠶絲一樣的人造纖維構想。蠶絲一樣的人造纖維構想。1.1.纖維發展歷程纖維發展歷程 18891889年夏爾多內首次展出用再生纖維素纖維年夏爾多內首次展出用再生纖維素纖維制成的織物。制成的織物。 19251925年斯陶丁格爾（年斯陶丁格爾（HStaudingerHStaudinger）發表了）發表了有名的有名的“論聚合論聚合”，為成纖聚合物的合成打，為成纖聚合物的合成打下了基礎。下了基礎。 2020世紀化學纖維高速發展。世紀化學纖維高速發展。 2121世紀高技術纖維（高強度、高剛度、功能世紀高技術纖維（高強度、高剛度、功能纖維、智能纖維）大量生產和廣泛應用。纖維、智能纖維）大量

4、生產和廣泛應用。1.1.纖維發展歷程纖維發展歷程1.2 1.2 化學纖維發展技術基礎化學纖維發展技術基礎 仿生學是化學纖維發展的知識源泉；仿生學是化學纖維發展的知識源泉； 人類文明進步和科學技術發展是化學纖維技術人類文明進步和科學技術發展是化學纖維技術水平不斷提高的前提；水平不斷提高的前提； 石油化工技術、制造技術的發展是化學纖維發石油化工技術、制造技術的發展是化學纖維發展的基礎；展的基礎； 人類社會發展的需要是化學纖維發展的動力；人類社會發展的需要是化學纖維發展的動力；1.1.纖維發展歷程纖維發展歷程1.3 1.3 服飾、裝飾纖維功能化和智能化應用需要服飾、裝飾纖維功能化和智能化應用需要 抗

5、靜電、吸濕、阻燃、抗起球、拒水、親抗靜電、吸濕、阻燃、抗起球、拒水、親水、抗水、抗 菌等功能性纖維。菌等功能性纖維。 仿真仿生技術制造超細、超真纖維等，超仿真仿生技術制造超細、超真纖維等，超細纖維（細纖維（0.0001dtex0.0001dtex纖維，從地球到月球只纖維，從地球到月球只需需4g4g纖維）。纖維）。 靜電紡絲技術制造納米纖維。靜電紡絲技術制造納米纖維。 智能纖維使人類走入夢幻世界。智能纖維使人類走入夢幻世界。1.1.纖維發展歷程纖維發展歷程1.1.纖維發展歷程纖維發展歷程1.1.纖維發展歷程纖維發展歷程1.1.纖維發展歷程纖維發展歷程1.1.纖維發展歷程纖維發展歷程1.1.纖維發

6、展歷程纖維發展歷程1.1.纖維發展歷程纖維發展歷程1.1.纖維發展歷程纖維發展歷程1.1.纖維發展歷程纖維發展歷程1.1.纖維發展歷程纖維發展歷程1.4 1.4 產業用高性能材料發展的需要產業用高性能材料發展的需要 飛機、航空航天材料的高強度、高剛度、輕量飛機、航空航天材料的高強度、高剛度、輕量化高性能材料，高性能纖維具有強度高、比重化高性能材料，高性能纖維具有強度高、比重低、柔韌性好、加工方便的特點，是制備高性低、柔韌性好、加工方便的特點，是制備高性能結構材料的物資基礎、因此也是一個國家發能結構材料的物資基礎、因此也是一個國家發展的戰略物資。展的戰略物資。1.1.纖維發展歷程纖維發展歷程高性

7、能纖維性能高性能纖維性能纖維強度cN/dtex模量cN/dtex伸長率%回潮率%LOI%耐熱性Zylon ASZylon HMAPMOCDyneema碳纖維芳綸1414芳綸1313聚酯鋼纖維373735.3 312019.44.77.93.511401764749.7130014801140123.51102553.02.02.4221.1 2.23.08-101.42.10.14.0-0.03.54.00.4-68682819- 283821-650650550150-560400264-1.1.纖維發展歷程纖維發展歷程1.1.纖維發展歷程纖維發展歷程芳綸纖維復合材料用于芳綸纖維復合材料用于

8、、級發動機殼體，以級發動機殼體，以及及SS-24、SS-25及當今技術最先進的及當今技術最先進的SS-27（即白（即白楊楊-M）等洲際導彈上。）等洲際導彈上。1.1.纖維發展歷程纖維發展歷程 波音波音777777客機每架飛機用碳纖維客機每架飛機用碳纖維6-76-7噸、空客噸、空客A380A380每架飛機用碳纖維每架飛機用碳纖維5555噸。高性能復合材料占結構噸。高性能復合材料占結構材料的材料的5050。1.1.纖維發展歷程纖維發展歷程 美國加州建筑師美國加州建筑師Peter TestPeter Testa a設計的設計的4040層摩天大樓，整層摩天大樓，整個結構不使用鋼材，而是選個結構不使用鋼

9、材，而是選用碳纖維，用交叉織成的網用碳纖維，用交叉織成的網格制成，其強度要比鋼材高格制成，其強度要比鋼材高出許多倍。大樓的內部結構出許多倍。大樓的內部結構是完全開放的，只有電梯是是完全開放的，只有電梯是一封閉的軸狀空間。一封閉的軸狀空間。1.1.纖維發展歷程纖維發展歷程 纖維要求具有高強度高模量，纖維要求具有高強度高模量， 纖維主要纖維主要KevlarKevlar、碳纖維等。、碳纖維等。1.1.纖維發展歷程纖維發展歷程1.1.纖維發展歷程纖維發展歷程1.1.纖維發展歷程纖維發展歷程 隨著人類社會的進步，科學技術的發展，隨著人類社會的進步，科學技術的發展，纖維的產量，特別是化學纖維的產量發展纖維

10、的產量，特別是化學纖維的產量發展迅速，迅速，19961996年化纖產量已超高天然纖維。年化纖產量已超高天然纖維。中國以成為世界化纖發展最快的國家。我中國以成為世界化纖發展最快的國家。我國國20082008年化纖產能年化纖產能27902790萬噸萬噸/ /年，產量年，產量24052405萬噸。約占世界產量的萬噸。約占世界產量的42154215噸的噸的58%58%，紡織，紡織工業總產值工業總產值3546935469億元。億元。二、二、纖維發展現狀纖維發展現狀 化學纖維產能與產量不斷增加，聯合國化學纖維產能與產量不斷增加，聯合國預測在預測在20502050年將達到年將達到9090億，需要纖維總億，需

11、要纖維總量為量為9000090000100000100000千噸，其中化學纖維千噸，其中化學纖維占占80%80%，其增長速度將超過世界人口增長，其增長速度將超過世界人口增長速度。速度。二、二、纖維發展現狀纖維發展現狀 纖維原料多樣化：纖維原料多樣化： 天然纖維（麻、棉、毛、絲等）將利用基因工程天然纖維（麻、棉、毛、絲等）將利用基因工程和生物技術等先進技術，使其產量、質量、品種和生物技術等先進技術，使其產量、質量、品種都會增加。都會增加。 化學纖維的原料目前主要來源于石油，天然氣、化學纖維的原料目前主要來源于石油，天然氣、煤等儲存資源，煤等儲存資源， 充分利用纖維素（目前纖維素產量在充分利用纖維

12、素（目前纖維素產量在1000010000億噸億噸/ /年）、淀粉、蛋白質等再生資源，開發利用海洋年）、淀粉、蛋白質等再生資源，開發利用海洋資源。資源。二、二、纖維發展現狀纖維發展現狀 纖維的綠色制備技術纖維的綠色制備技術和高性能化技術已經成為提高產業技術創新和高性能化技術已經成為提高產業技術創新能力，形成大規模、低成本、環境友好材料產業的迫切需求。能力，形成大規模、低成本、環境友好材料產業的迫切需求。二、二、纖維發展現狀纖維發展現狀 紡絲技術：紡絲技術： 纖維的發展得益于生物技術、石油化工技術和材料纖維的發展得益于生物技術、石油化工技術和材料加工技術等相關科學的發展，將隨著人類的進步和加工技術

13、等相關科學的發展，將隨著人類的進步和科學技術的發展將不斷地優化與發展。科學技術的發展將不斷地優化與發展。 化學纖維發展重點在于開發新的原料、提高纖維質量化學纖維發展重點在于開發新的原料、提高纖維質量、開發纖維品種。、開發纖維品種。 仿生學仍將是化學纖維發展的知識源泉，采用基因工仿生學仍將是化學纖維發展的知識源泉，采用基因工程獲得強度與鋼纖維媲美的高強力蜘蛛絲將成為現程獲得強度與鋼纖維媲美的高強力蜘蛛絲將成為現實。實。二、纖維發展現狀二、纖維發展現狀 化學纖維生產技術一直在追求高效率、降低生產能耗化學纖維生產技術一直在追求高效率、降低生產能耗和成本。繼續在大容量、短程化，連續化、高速化、自和成本

14、。繼續在大容量、短程化，連續化、高速化、自動化，彈性化上下功夫。動化，彈性化上下功夫。 化學纖維的性能目前已有很多達到或超過天然纖維，超化學纖維的性能目前已有很多達到或超過天然纖維，超細纖維、功能化纖維、差別化纖維是服用纖維的重要組細纖維、功能化纖維、差別化纖維是服用纖維的重要組成部分。成部分。二、二、纖維發展現狀纖維發展現狀二、纖維發展現狀二、纖維發展現狀紡絲高速化紡絲高速化二、纖維發展現狀二、纖維發展現狀生產過程的連續化、高效化生產過程的連續化、高效化二、纖維發展現狀二、纖維發展現狀裝備大型化裝備大型化二、二、纖維發展現狀纖維發展現狀 在性能方面：在性能方面： 纖維高性能化：高強高模、高剛

15、性等纖維是發展國防、纖維高性能化：高強高模、高剛性等纖維是發展國防、航空航天、建筑等的重要材料，需要量越來越大。預測航空航天、建筑等的重要材料，需要量越來越大。預測到到20502050年超高強纖維的強度將由目前的年超高強纖維的強度將由目前的47cN/dtex47cN/dtex提高提高到到70cN/dtex70cN/dtex。 纖維功能化：難燃、阻燃、抗靜電、導電、耐輻射等功纖維功能化：難燃、阻燃、抗靜電、導電、耐輻射等功能纖維的生產量所占比例更大。能纖維的生產量所占比例更大。 具有傳感、調控、儲能作用的智能化纖維將從目前的實具有傳感、調控、儲能作用的智能化纖維將從目前的實驗室理論研究逐漸走向應

16、用。驗室理論研究逐漸走向應用。二、二、纖維發展現狀纖維發展現狀二、纖維發展現狀二、纖維發展現狀在應用方面：產業用纖維量會更大，一架在應用方面：產業用纖維量會更大，一架波音波音787787型型“夢想夢想”客機客機，最高可達最高可達250250人，最大航程人，最大航程1400014000公里。飛機大量采用碳纖維等輕型復公里。飛機大量采用碳纖維等輕型復合材料達到了史無前例的合材料達到了史無前例的50%50%，低排放量，節省燃油，低排放量，節省燃油20%20%。二、二、纖維發展現狀纖維發展現狀三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法三、化學纖

17、維生產方法三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法2. 2. 高性能纖維的基本情況高性能纖維的基本情況 我國我國20082008年化纖產能年化纖產能27902790萬噸萬噸/ /年，產量年，產量24052405萬噸。萬噸。約占世界產量的約占世界產量的42154215噸的噸的58%58%，紡織工業總產值，紡織工業總產值3546935469億元。近年國內外十分關注新型化學纖維材料的研究億元。近年國內外十分關注新型化學纖維材料的研究與發展，主要集中在三個方面，即與發展，主要集中在三個方面，即高性能、高感性、高性能、高感性、高功能高功能纖維。纖維。2.1 高性能纖維的界定高性能纖維的界定 指纖維斷裂強

18、度大于指纖維斷裂強度大于17.8cN/dtex（20g/d），模量在），模量在445cN/dtex（500g/d）以上的纖維，或具有耐高溫、）以上的纖維，或具有耐高溫、阻燃的特殊性能的纖維。阻燃的特殊性能的纖維。三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法3.2.2 高性能纖維的分類高性能纖維的分類 有機高性能纖維：有機高性能纖維：(一一) 高強高模纖維：高強高模纖維：聚對苯二甲酰對苯二胺聚對苯二甲酰對苯二胺（芳綸（芳綸1414，Kevlar）纖維纖維芳雜環聚酰胺纖維類芳雜環聚酰胺纖維類（如芳綸（如芳綸-、Rusar、Armos、SVM等）等）超高分子量的高強高模量聚乙烯超高分子量的高強高模量聚乙

19、烯（UHMW-PE）纖維纖維聚苯并雙噁唑聚苯并雙噁唑（PBO）纖維纖維高強高模量聚乙烯醇高強高模量聚乙烯醇（PVA）纖維等。纖維等。三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法 有機高性能纖維有機高性能纖維（二）耐高溫、阻燃纖維：（二）耐高溫、阻燃纖維：聚聚間苯二甲酰間苯二胺（芳綸聚聚間苯二甲酰間苯二胺（芳綸1313，Nomex）纖維；）纖維；酚醛樹脂（酚醛樹脂（Kynol）纖維）纖維三聚氰胺縮甲醛（三聚氰胺縮甲醛（MF）纖維）纖維聚四氟乙烯（聚四氟乙烯（PTFE）纖維）纖維阻燃粘膠（國外商品名阻燃粘膠（國外商品名Visil纖維）纖維纖維）纖維聚醚醚酮（聚醚醚酮（PEEK）纖維）纖維聚芳醚砜（聚芳

20、醚砜（PAEO）纖維）纖維聚苯硫醚（聚苯硫醚（PPS）纖維等。）纖維等。三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法高感性和高功能纖維高感性和高功能纖維 高感性纖維：高感性纖維也稱差別化纖維。所謂高感性纖維：高感性纖維也稱差別化纖維。所謂高感性纖維，也就是要求合成纖維在保留原來的高感性纖維，也就是要求合成纖維在保留原來的良好性能外，還要求紡織品具有仿天然和超天然良好性能外，還要求紡織品具有仿天然和超天然性能，許多新產品應運而生。性能，許多新產品應運而生。 高功能性纖維：功能性纖維指具有某種特別功能高功能性纖維：功能性纖維指具有某種特別功能（防紫外線、抗菌、阻燃、抗靜電、導電、吸水（防紫外線、抗菌、

21、阻燃、抗靜電、導電、吸水透濕等）的纖維。透濕等）的纖維。三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法智能纖維智能纖維 具有感知功能，能夠檢測并且可以識別外界（或者具有感知功能，能夠檢測并且可以識別外界（或者內部）的刺激強度，如電、光、熱、應力、應變、內部）的刺激強度，如電、光、熱、應力、應變、化學、核輻射等；化學、核輻射等； 具有驅動功能，能夠響應外界變化具有驅動功能，能夠響應外界變化 能夠按照設定的方式選擇和控制響應能夠按照設定的方式選擇和控制響應 反應比較靈敏、及時和恰當反應比較靈敏、及時和恰當 當外部刺激消除后，能夠迅速恢復到原始狀態。當外部刺激消除后，能夠迅速恢復到原始狀態。三、化學纖維生

22、產方法三、化學纖維生產方法2 2、化學纖維基本概念、化學纖維基本概念三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法2 2、化學纖維基本概念、化學纖維基本概念 三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法2 2、化學纖維基本概念、化學纖維基本概念。2 2、化學纖維基本概念、化學纖維基本概念三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法 2 2、化學纖維基本概念、化學纖維基本概念三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法2 2、化學纖維基本概念、化學纖維基本概念三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法2 2、化學纖維基本概念、化學纖維基

23、本概念- -性能指標性能指標三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法2 2、化學纖維基本概念、化學纖維基本概念- -性能指標性能指標三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法3.3.纖維生產方法：纖維生產方法：. .熔融法紡絲熔融法紡絲聚對苯二甲酸乙二醇酯（滌綸）聚對苯二甲酸乙二醇酯（滌綸） 聚己內酰胺（錦綸聚己內酰胺（錦綸-6-6） 聚己二胺己二酸（錦綸聚己二胺己二酸（錦綸-66-66） 聚丙烯（丙綸）聚丙烯（丙綸） 聚氨基甲酸酯（氨綸）聚氨基甲酸酯（氨綸） 聚苯硫醚纖維聚苯硫醚纖維 聚醚醚酮纖維聚醚醚酮纖維 三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法3.3.纖維生產方法：纖維生產方法：. .濕

24、法紡絲濕法紡絲粘膠纖維粘膠纖維 聚丙烯晴（晴綸）聚丙烯晴（晴綸） 聚乙烯醇縮甲醛纖維（維綸）聚乙烯醇縮甲醛纖維（維綸） 聚酰亞胺纖維聚酰亞胺纖維 間位芳香族聚酰胺纖維（間位芳香族聚酰胺纖維（NomexNomex、芳綸）、芳綸） 雜環芳香族聚酰胺纖維（芳綸雜環芳香族聚酰胺纖維（芳綸- -纖維）纖維） 聚芳砜（芳砜綸）聚芳砜（芳砜綸） 聚噁二唑纖維聚噁二唑纖維 三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法3.3.纖維生產方法：纖維生產方法：. .干法紡絲干法紡絲聚丙烯晴（晴綸）聚丙烯晴（晴綸） 聚乙烯醇（聚乙烯醇纖維）聚乙烯醇（聚乙烯醇纖維） 聚氨基甲酸酯（氨綸、萊卡纖維）聚氨基甲酸酯（氨綸、萊卡纖維

25、） 三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法3.3.纖維生產方法：纖維生產方法：. .干濕法紡絲干濕法紡絲對位芳香族聚酰胺纖維（芳綸對位芳香族聚酰胺纖維（芳綸、Kevlar） 聚乙烯醇高強高模纖維聚乙烯醇高強高模纖維 聚苯并雙噁唑纖維（聚苯并雙噁唑纖維（PBO纖維）纖維）. .溶致溶致液晶紡絲液晶紡絲Kevlar、蛋白纖維、蛋白纖維. 熱致液晶紡絲熱致液晶紡絲PCL纖維纖維.凝膠紡絲凝膠紡絲高強高模聚乙烯纖維（高強高模聚乙烯纖維（HSHM-PE纖維）纖維） 高強高模聚乙烯醇纖維高強高模聚乙烯醇纖維 三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法 4. 4. 纖維生產過程纖維生產過程三、化學纖維生產方

26、法三、化學纖維生產方法熔融法紡絲：熔融法紡絲： 直接紡絲法：單體直接紡絲法：單體熔融熔融聚合聚合紡絲（初生纖紡絲（初生纖維）維）拉伸拉伸加捻加捻復捻復捻壓洗壓洗定型定型平衡平衡絡絲絡絲成品絲成品絲 切片紡絲法：單體切片紡絲法：單體熔融熔融聚合聚合鑄帶鑄帶切粒切粒（聚合物切片）（聚合物切片）萃取萃取切片干燥切片干燥熔融熔融紡絲紡絲（初生纖維）（初生纖維）拉伸拉伸加捻加捻復捻復捻定型定型平衡平衡絡絲絡絲成品絲成品絲 三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法 三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法 三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法 三、化學纖維生產方

27、法三、化學纖維生產方法 熔體紡絲熔體紡絲三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法 三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法 濕法紡絲工藝過程：濕法紡絲工藝過程： 成纖聚合物的合成成纖聚合物的合成 紡絲溶液的制備紡絲溶液的制備 溶液過濾（溶液過濾（2-32-3道）道） 紡絲溶液脫泡紡絲溶液脫泡 紡絲凝固浴的配制紡絲凝固浴的配制 紡絲紡絲 纖維牽伸（多級牽伸）纖維牽伸（多級牽伸） 纖維水洗、上油、卷曲、干燥、切斷、打包。纖維水洗、上油、卷曲、干燥、切斷、打包。 三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法一步法：單體直接聚合 聚合物溶液二步法：固體成纖聚合物 絲

28、液 紡絲機混合、過濾、脫泡+溶劑溶解分離、干燥 計量泵、燭形濾器 噴絲頭 凝固浴 后處理通過雙擴散凝固成型通過雙擴散凝固成型通過冷卻固化成型通過冷卻固化成型三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法 熔融紡絲和濕法紡絲區別熔融紡絲和濕法紡絲區別- -纖維斷面纖維斷面熔融紡絲纖維斷面熔融紡絲纖維斷面濕法紡絲纖維斷面濕法紡絲纖維斷面三、化學纖維生產方法三、化學纖維生產方法 四、纖維結構性能的表征與測試 纖維的結構性能與其生產工藝路線及條件密切相關纖維的結構性能與其生產工藝路線及條件密切相關 “ “CSP”CSP”（Condition-Structural-PropertyCondition-Stru

29、ctural-Property） 當聚合物和生產工藝路線確定之后，就可以獲得相應當聚合物和生產工藝路線確定之后，就可以獲得相應結構性能的纖維。結構性能的纖維。 在使用時需要的是纖維的性能。在使用時需要的是纖維的性能。 纖維的結構決定纖維的性能。只有在對結構有清晰、纖維的結構決定纖維的性能。只有在對結構有清晰、 準確、完整了解后，才對纖維性能有確卻評價。因為準確、完整了解后，才對纖維性能有確卻評價。因為纖維的內部結構反映了纖維抵抗外部物理作用或化學纖維的內部結構反映了纖維抵抗外部物理作用或化學作用的能力。作用的能力。 四、纖維結構性能的表征與測試 纖維的結構層次：纖維的結構層次： 一次結構結構

30、一次結構結構是指構構成成纖纖高聚物的大分子鏈鏈的化學結學結構構和構構象。大分子鏈鏈的化學結構學結構通常是指鏈結構鏈結構、端基、雜結構雜結構等。 CH2CHOHCOCOO CH2OCH2二次結構二次結構 二次結構是指處于平衡態時組成纖維的成纖高二次結構是指處于平衡態時組成纖維的成纖高聚物的眾多大分子鏈間的幾何排列特征。它聚物的眾多大分子鏈間的幾何排列特征。它涉及纖維的晶態結構、非晶態結構、側序分涉及纖維的晶態結構、非晶態結構、側序分布和取向等。它們對纖維的物理、力學性能布和取向等。它們對纖維的物理、力學性能有及其密切的關系。有及其密切的關系。 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與

31、測試 . .三次結構三次結構 三次結構是指纖維中比超分子結構更大一些單三次結構是指纖維中比超分子結構更大一些單元的特征。在光學顯微鏡和電子顯微鏡中所能元的特征。在光學顯微鏡和電子顯微鏡中所能直接觀察到這部分結構。例如纖維中多重原纖直接觀察到這部分結構。例如纖維中多重原纖的排列，纖維橫截面的結構、組成和形狀，以的排列，纖維橫截面的結構、組成和形狀，以及可能存在于纖維中的空洞、裂隙、微孔的大及可能存在于纖維中的空洞、裂隙、微孔的大小和分布等。小和分布等。 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 四、纖維結構性能的表征與測試

32、四、纖維結構性能的表征與測試 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表

33、征與測試 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 四、纖維結

34、構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 結構測試方法：結構測試方法： 分子結構分子結構紅外光譜法紅外光譜法測定法。光譜中每一個特測定法。光譜中每一個特征吸收譜帶都包含了試樣分子中基團和鍵的信息。征吸收譜帶都包含了試樣分子中基團和鍵的信息。纖纖 維維 名名 稱稱 制樣方法制樣方法 主要吸收譜帶及其特征頻率（主要吸收譜帶及其特征頻率（cmcm1 1）粘膠纖維粘膠纖維 K K 3450345032503250，16501650，1430137014301370，10609701060970，890 890 聚酯纖維聚酯纖維 F F（熱壓（熱壓成膜）成膜） 30403040，23582358，

35、22082208，20792079，19571957，17241724，12124242，11241124，10901090，870870，725 725 錦綸錦綸6 6 F F（甲酸（甲酸成膜）成膜） 33003300，30503050，16391639，15401540，14751475，12631263，12120000，687 687 聚丙烯腈聚丙烯腈纖維纖維 K K22422242，14491449，12501250，1075 1075 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 . .結晶度測試方法結晶度測試方法X-X-衍射法測定法、密度法等衍射法測定法、密度法等 纖

36、維中晶區與非晶區的重量含量分別與其相應的纖維中晶區與非晶區的重量含量分別與其相應的X X射射線衍射強度成正比例。在實驗中獲得的纖維樣品的線衍射強度成正比例。在實驗中獲得的纖維樣品的X X射線衍射的強度曲線是晶區與非晶區的貢獻疊加在射線衍射的強度曲線是晶區與非晶區的貢獻疊加在一起形成的。一起形成的。%100ACCCSSSX膠原蛋白復合纖維X-衍射圖 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 纖的取向度測定方法纖的取向度測定方法XX衍射法、染色二色性法、雙折衍射法、染色二色性法、雙折射法、聲速法、偏振熒光法等。射法、聲速法、偏振熒光法等。 纖維取向度是指大分子鏈對纖維軸的平行程度。

37、結晶纖維取向度是指大分子鏈對纖維軸的平行程度。結晶性聚合物經紡絲、拉伸，使纖維中的大分子鏈沿著纖性聚合物經紡絲、拉伸，使纖維中的大分子鏈沿著纖維軸的方向有一定程度的取向，纖維的取向度對纖維維軸的方向有一定程度的取向，纖維的取向度對纖維強度影響最大，取向度越高，纖維的強度和模量。因強度影響最大，取向度越高，纖維的強度和模量。因此，測定纖維取向度具有現實意義。此，測定纖維取向度具有現實意義。 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 （甲）（甲） 浸液折射率大于纖維折射率浸液折射率大于纖維折射率 （乙）纖維折射率大于浸液折射率（乙）纖維折射率大于浸液折射率偏振光顯微鏡測纖維折射率偏

38、振光顯微鏡測纖維折射率纖維是一種固體物質，有確定的折光率，可以在偏光顯纖維是一種固體物質，有確定的折光率，可以在偏光顯微鏡下找到與固體折光率相同的浸液，該浸液的折光率微鏡下找到與固體折光率相同的浸液，該浸液的折光率就是固體的折光率。就是固體的折光率。 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 纖纖 維維 名 稱稱 平行折射率 垂直折射率 雙雙折射率 棉 1.576 1.526 0.050 麻 1.5681.588 1.526 0.0420.062 桑蠶絲絲 1.591 1.538 0.053 羊毛 1.549 1.541 0.008 粘膠纖維膠纖維 1.540 1.510 0.

39、030 聚酯纖維酯纖維 1.725 1.537 0.188 丙烯腈纖維烯腈纖維 1.5101.516 1.5101.516 0.000 玻璃纖維纖維 1.547 1.547 0.000 幾種纖維的折射率幾種纖維的折射率 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 熔融法紡絲纖維斷面熔融法紡絲纖維斷面 纖維形態纖維形態電子顯微鏡、光學顯微鏡等電子顯微鏡、光學顯微鏡等濕濕法紡絲纖維斷紡絲纖維斷面 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 高性能纖維微觀結構模型高性能纖維微觀結構模型分子鏈取向片晶取向片晶尺寸及其分布微纖尺寸及其分布孔隙尺寸及其分布界面區的結構高性能纖維

40、的化學結構聚合物分子量及其分布共聚物序列分布齊聚物：線性、環狀高性能纖維的表面結構化學官能團：形貌結構：上漿劑的結構控制n系統結構表征系統結構表征：n同步輻射同步輻射-SAXS,SANS,WAXS, -SAXS,SANS,WAXS, n拉曼光譜、偏振熒光光譜、紅拉曼光譜、偏振熒光光譜、紅外光譜、多維外光譜、多維NMRNMR，XPSXPSnAFMAFM、SEMSEM、TEMTEM、場發射電鏡、場發射電鏡nGPCGPC，MALDI-TOF, MALDI-TOF, nTMDSCTMDSC，DMADMA，TGATGAn破壞過程原位結構表征體系破壞過程原位結構表征體系n拉伸同步輻射拉伸同步輻射SAXSS

41、AXS；n拉伸拉伸SAXSSAXS，WAXSWAXS；n拉伸紅外、拉曼；拉伸紅外、拉曼；n拉伸拉伸SEMSEM；n各種分析手段的聯合應用各種分析手段的聯合應用n剪切流動光散射剪切流動光散射nDMADMA紅外、拉曼、紅外、拉曼、WAXSWAXSn高性能纖維服役性能表征體系：高性能纖維服役性能表征體系： 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 纖維性能指標纖維性能指標: : 線密度線密度: :纖維粗細的表示方法特或分特纖維粗細的表示方法特或分特10001000米長纖維重量克數稱為特米長纖維重量克數稱為特(tex)(tex) ；1000010000米長纖維重量克數稱為分特米長纖維重

42、量克數稱為分特(dtex)(dtex) ；90009000米長纖維重量克數稱為米長纖維重量克數稱為1tex1tex10dtex 1dtex10dtex 1dtex1000010000支支 1dtex1dtex9 9 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 纖維的力學性能纖維的力學性能 當外力對纖維進行拉伸、壓縮和扭轉作用時，纖當外力對纖維進行拉伸、壓縮和扭轉作用時，纖維所產生不同性質的形變。其中作用使纖維產生維所產生不同性質的形變。其中作用使纖維產生的形變遠比其他重要，因為紡織纖維是極其柔曲的形變遠比其他重要，因為紡織纖維是極其柔曲的物體，無論纖維、紗線還是織物，受到的外力的

43、物體，無論纖維、紗線還是織物，受到的外力主要是拉伸。主要是拉伸。 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 斷裂強力斷裂強力 拉伸試驗中纖維試樣抵抗致斷時最大的力稱之為斷裂拉伸試驗中纖維試樣抵抗致斷時最大的力稱之為斷裂應力。應力。 斷裂強度斷裂強度 測試過程中纖維斷裂時的絕對強力與纖維線密度（特測試過程中纖維斷裂時的絕對強力與纖維線密度（特或分特）之比，強度單位通常為牛頓或分特）之比，強度單位通常為牛頓/ /特特(N/tex)(N/tex)或厘或厘牛牛/ /分特分特(cN/detx)(cN/detx)表示。表示。 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 . 鉤

44、接強度與打結強度鉤接強度與打結強度 模仿紡織品加工過程中纖維的受力情況，尤其是模仿紡織品加工過程中纖維的受力情況，尤其是針織物纖維鉤接的狀態所受的力，常常檢測纖維針織物纖維鉤接的狀態所受的力，常常檢測纖維的鉤接強度。鉤接強度是指兩根纖維相互鉤勾接的鉤接強度。鉤接強度是指兩根纖維相互鉤勾接套成環形，然后進行拉伸試驗，將其在鉤接處斷套成環形，然后進行拉伸試驗，將其在鉤接處斷裂時測得其強度，裂時測得其強度， 鉤接強度高的纖維比較堅韌耐鉤接強度高的纖維比較堅韌耐磨，鉤接強度低的纖維脆性大，容易折裂，耐磨磨，鉤接強度低的纖維脆性大，容易折裂，耐磨性較差。打結強度是指把纖維打成結，拉伸至打性較差。打結強度

45、是指把纖維打成結，拉伸至打結處斷裂的強度，單位為厘牛結處斷裂的強度，單位為厘牛/ /分特分特(cN/detx)(cN/detx)。 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 斷裂伸長率斷裂伸長率 纖維在拉力作用下，拉到斷裂時的伸長量纖維在拉力作用下，拉到斷裂時的伸長量（LL）稱為斷裂伸長，斷裂伸長對拉伸前）稱為斷裂伸長，斷裂伸長對拉伸前長度（長度（L L）的百分率為斷裂伸長率（）的百分率為斷裂伸長率（% %），斷），斷裂伸長較大的纖維手感比較柔軟，在紡織加裂伸長較大的纖維手感比較柔軟，在紡織加工時，可以緩沖所受的力。工業用纖維的強工時，可以緩沖所受的力。工業用纖維的強度要求高，

46、斷裂伸長低。度要求高，斷裂伸長低。 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 初始模量初始模量 模量是材料抵抗外力作用下形變能力的量模量是材料抵抗外力作用下形變能力的量度。纖維的初始模量為纖維受拉伸時，當度。纖維的初始模量為纖維受拉伸時，當伸長為原長的伸長為原長的1%1%時所需的應力，即應力時所需的應力，即應力- -應變曲線或（負荷應變曲線或（負荷- -伸長曲線）起始一段伸長曲線）起始一段直線部分的斜率（直線部分的斜率（tantan），單位為厘牛），單位為厘牛/ /分特分特(cN/dt)(cN/dt)或厘牛或厘牛/ /特特(N/T)(N/T)。 四、纖維結構性能的表征與測試四、

47、纖維結構性能的表征與測試 斷裂功斷裂功 外力對纖維所作的總功，即纖維受拉伸至斷外力對纖維所作的總功，即纖維受拉伸至斷裂時所吸收的總能量。用負荷裂時所吸收的總能量。用負荷- -伸長曲線下伸長曲線下面所包含的面積表示，單位為面所包含的面積表示，單位為cNcmcNcm。為了。為了對各種纖度和原始長度不同的纖維作相互比對各種纖度和原始長度不同的纖維作相互比較，又常采用斷裂比功來表示：較，又常采用斷裂比功來表示：試樣長度試樣纖度斷裂功斷裂比功 四、纖維結構性能的表征與測試四、纖維結構性能的表征與測試 纖維的燃燒性能纖維的燃燒性能 纖維的燃燒性能與其自身的化學結構密切相關。纖維的燃燒性能與其自身的化學結構密切相關。為了減少火災損失，提高人類環境安全水平。在為了減少火災損失，提高人類環境安全水平。在許多情況下，無論是普通民用纖維，還是特種工許多情況下，無論是普通民用纖維，還